77936

СПОСОБЫ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗОНЫ ОБРАБОТКИ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Сигнал о распределении освещенности по длине получают дифференцируя выходной сигнал датчика по напряжению сканирования. Траектория сканирования обычно круговая если ось сканирования совпадает с осью засветки изменений сигнала нет в противном случае амплитуда пульсаций зависит от величины смещения а фаза от направления. Различия в устройстве сканаторов дают разные траектории и параметры сканирования: Качающиеся и вращающиеся зеркала расположенные до или после объектива перемещают изображение по окружности с угловой скоростью вдвое выше...

Русский

2015-02-05

16.5 KB

0 чел.

Л.5 СПОСОБЫ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗОНЫ ОБРАБОТКИ

При оптическом контроле фиксируются характеристики излучения, отражения и поглощения зоны обработки. В общем случае фиксируется зависимость потока мощности, как функции координаты плоскости проекции (или объема контроля) и длины волны света. Распространены частные случаи:

Контроль поля в одной (реже двух) полосе спектра.

Фиксация координат и их совокупностей(формы) с заданной интенсивностью.

Оптическое излучение может иметь двоякое представление либо в виде электромагнитной волны, либо в виде частиц-квантов с энергией, обратно пропорциональной длине волны. При анализе взаимодействия с датчиком учитываются оба вида представления.

Человеческий глаз воспринимает свет с длиной волны от 0.45 до 0.75 мкм, причем на краях диапазона чувствительность ниже. Вся номенклатура полупроводниковых преобразователей перекрывает диапазон от 0.3 до 30 мкм. Фоторезисторы более инерционны и имеет трех-четырехкратное перекрытие по спектру, приемники на основе P-N перехода имеют более узкий, не более двукратного спектральный диапазон, но более быстродействующи.

Рабочий спектральный диапазон выбирается либо подбором фотоприемника, либо, если диапазон уже, ставят фильтр. Наиболее узкую полосу (например для выделения спектральных линий) дают интерференционные светофильтры.

Фотоприемники как правило безразличны к поляризации волны, поэтому при ее контроле используют поляризационные светофильтры.

Оптические приемники фиксируют либо весь поток, попадающий в него (интегральные), либо формирующие сигнал пропорциональные смещению оси засветки от оси приемника. Различны принципы работы позиционно - чувствительных приемников:

В инверсном фотодиоде на основе продольного фотоэффекта точка засветки создает ЭДС параллельно P-N переходу. В зоне в несколько мм линейная зависимость выходного сигнала от смещения с коэффициентом до 100 В/Вт*мм. Его недостаток - зависимость характеристики и дрейфа нуля от уровня освещенности.

Фотопотенциометр является аналогом движкового потенциометра в котором роль движка выполняет световое пятно. Чувствительность - до 1 В/мм*Вт, пространственное разрешение до 1000 при длине до 70 мм. Недостаток-миллисекунды быстродействия.

Координатные фотоприемники с радиальным переменным электрическим полем. Наведенный световым потоком потенциал под действием поля перемещается к периферии и обратно. Асимметрия засветки фиксируется выходными электродами как асимметрия ЭДС. Размер зоны до 1.4 мм, чувствительность до 1 В/мВт*мм, разрешение до 10 000, быстродействие до 10 мкс.

Координатные фотодиоды с барьером Шотки и поперечным запирающим полем преобразуют световое пятно в источник зарядов, которые создают в электродах ток, обратно пропорциональный расстоянию до них. Размеры поля до 35х35 мм, чувствительность до долей микрометра, линейность до 1%.

Сканисторы представляют собой приемники излучения на P-N переходе с постоянным продольным и сканирующим поперечным полем. Продольное поле равномерно убывает по длине датчика, при сканировании точка с нулевым (отпирающим) значением будет перемещаться по переходу, подключая светочувствительную  поверхность разными своими точками к выходному электроду. Сигнал о распределении освещенности по длине получают дифференцируя выходной сигнал датчика по напряжению сканирования. Длина датчика до 100 мм, линейное разрешение до 1000.

Многоэлементные датчики - набор приемников на одной подложке с раздельными выводами, одно и двухкоординатные. Чувствительность до 0.5 В/мВт*мм, рабочая зона равна размеру пятна света, промежутки между зонами до 50 мкм.

Фотодиодные линейки и матрицы с внутренней коммутацией до 100х100 элементов размерами до 10 мкм, тактом считывания до 1 мс, динамическим диапазоном до 100.

Трехфазные структуры ПЗС формируют потенциальные "ямы" в которых накапливаются заряды, образованные засветкой. Переключением фаз перемещают "яму" вместе с зарядами в ней. При этом к выходному выводу поочередно подключаются сигналы от различных светочувствительных ячеек, формируя последовательный, подобный телевизионному сигнал. Дискрет ячеек достигает 8 мкм, количество ячеек 4096 и 512х512, такт 50 мкс, чувствительность до 0.5 В/мкДж*см2, динамический диапазон 2500, но разброс характеристик ячеек до 10% и более, спектральный диапазон 0.5...1.1 мкм.

На основе интегральных и позиционно - чувствительных фотоприемников строятся анализаторы изображений, позволяющие определять мощность потока как функцию линейной координаты:

Светоделительные амплитудные анализаторы построены по принципу разделения потока либо зеркальной призмой с раздельной фиксацией, либо раздельной фиксацией двумя участками приемника. Сигналы вычитаются один из другого, результат будет зависеть от смещения оси засветки относительно линии деления потока.

Амплитудно - фазовые анализаторы периодически сканируют интегральным преобразователем относительно поля изображения. Это делается либо периодическим отклонением поля изображения относительно фотоприемника, либо перемещением окна между полем изображения и фотоприемником. Траектория сканирования обычно круговая, если ось сканирования совпадает с осью засветки изменений сигнала нет, в противном случае амплитуда пульсаций зависит от величины смещения, а фаза от направления. Основной недостаток - зависимость почти всех характеристик от уровня и формы светового пятна.

Сканисторы и матричные структуры, дополненные схемами управления представляют собой два отдельных класса анализаторов

Бoлее гибкая чем в первых двух пунктах сканирующая система вместе с интегральным приемником представляет собой сканирующий анализатор. Различия в устройстве сканаторов дают разные траектории и параметры сканирования:

Качающиеся и вращающиеся зеркала, расположенные до или после объектива перемещают изображение по окружности с угловой скоростью вдвое выше скорости поворота зеркала. Движение по двум независимым координатам требует двух сканаторов. Интересен барабан Вейлера в котором зеркальные грани наклонены под разными углами к оси вращения.

Перемещающаяся по полю изображения диафрагма формирует на фотоприемнике, находящемся за ней, сигнал, пропорциональный яркости поля в данной точке. Диафрагма представляет собой либо набор отверстий, расположенных на разных радиусах (диск Нипкова), либо точку пересечения двух щелей, расположенных на раздельно перемещающихся пластинах.

Фотоэлектронные системы сканирования, скомпонованные вместе с преобразователем в передающие телевизионные трубки. В них полупроводниковую мишень сканирует электронный луч под действием отклоняющего поля. При сканировании мишень заряжается, под действием света разряжается. Ток в момент сканирования любой точки зависит от степени разряда, а следовательно и от освещенности этой точки. В таких системах чувствительность до 1 мклк или 0.1 мВт/мм2, рабочий спектр 0.65...4 мкм, инерционность 200 мс. Как правило эти системы работают в телевизионном стандарте, который регламентирует время анализа одной строки и всего кадра соответственно в 64 мкс и 20 мс. При этом на кадре размещается 625 строк, а в каждой строке различимы не менее 600 деталей.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

Выберете анализатор изображения для контроля известного Вам лазерного технологического процесса. Обоснуйте выбор анализом спектрального диапазона, чувствительности и инерционности.

Объясните отличие между растровыми и следящими сканирующими анализаторами изображения. Укажите предпочтительную область примененния того и другого. Поясните примерами.

Предложите схему механического сканирования в двух координатах так, чтобы траектории сканирования были линейными.

В каком месте сканирующего анализатора с сканирующей диафрагмой должно быть сфокусировано изображение контролируемой зоны. Объясните почему.

Обясните принцип сканирования пространства в анализаторах изображения с ПЗС-матрицами.

Проанализируйте работу телевизионной приемной трубки видикон с тем, чтобы определить в какую сторону будет изменяться сигнал на ее выходе при росте освещенности мишени.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Поскачей А. А., Чубаров Е. П. Оптико - электронные системы измерения температуры.- М.: Энергоатомиздат, 1988. с. 15...51, 160... 194.

2. Якушенков Ю. Г. Теория и расчет оптико - электронных приборов.- М.: Машиностроение, 1989. с. 40...47, 108...189.

3. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер с англ.- М.: Мир, 1990. с. 85...96.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4294. Освоение приемов объявления, обращения и использования массивов при решении задач 64.5 KB
  Цель работы: освоение приемов объявления, обращения и использования массивов при решении задач. Типовые алгоритмы обработки одномерных массивов Рассмотрим некоторые типовые алгоритмы обработки массивов. Положим, что в декларативной части программы о...
4295. Капитал и его вещественное содержание 210.5 KB
  Цель курсовой работы на тему Капитал и его вещественное содержание - изучить содержание капитала, теории капитала, категории капитала и износ и амортизацию капитала. В ходе выполнения курсовой работы изучено что категория капитал имеет д...
4296. Проектирование привода конвейера. Детали машин 4.11 MB
  Выбор электродвигателя. Определение придаточных чисел привода. Межосевое расстояние. Предварительные основные размеры колеса. Проверочный расчет на прочность зубьев при действии пиковой нагрузки. Определение предварительных значений межосевого расстояния и угла обхвата ремнем малого шкива. Радиальные реакции опор от сил в зацепление. Для типового режима нагружения II коэффициент эквивалентности.
4297. Явление дифракции электромагнитных волн 118 KB
  Цель работы. Исследовать явление дифракции электромагнитных волн. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона. Основные теоретические сведения Дифракцией называется совокупность явлений...
4298. Кинематическая схема привода конвейера 341 KB
  Введение В данном курсовом проекте рассматривается кинематическая схема привода конвейера. В первой части курсового проекта производится кинематический расчет и построение планов скоростей и ускорений (первый лист). Во втором части производится кине...
4299. Проектирование токарного станка с ЧПУ на базе модели 16К20Ф3 57.29 KB
  Введение Данная работа предполагает проектирование токарного станка-аналога на базе станка 16К20ФЗ. Проектируемый станок должен отвечать всем требованиям современного станкостроения, основными из которых являются: повышение производительности ...
4300. Жилое 9 – ти этажное здание в застройке микрорайона г. Самара 73 KB
  Архитектурно-строительная часть Исходные данные для проектирования Настоящий проект разработан на основании задания преподавателя и предусматривает строитель...
4301. Язык СИ++ Учебное пособие 2.73 MB
  Предисловие Язык программирования Си++ был разработан на основе языка Си Бьярном Страуструпом и вышел за пределы его исследовательской группы в начале 80-х годов. На первых этапах разработки (1980 г.) язык носил условное назв...
4302. Разработка блок-схемы алгоритма решения задачи 312 KB
  Разработка блок-схемы алгоритма решения задачи Цель работы: изучение графического способа описания алгоритма решения задачи. Задачи работы: ознакомиться с основными способами представления алгоритмов освоить графический способ опи...